Ovlivňování pucolánové reakce křemičitého úletu ve vysokohodnotném cementovém kompozitu - Všetečka, Tomáš (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, 2024)
Diplomová práce se zabývá ovlivněním hydratace cementu a pucolánové reakce vysokohodnotného cementového kompozitu obsahující jako pojivovou složku portlandský cement a křemičitý úlet. Pro sledování vlivu byly zvoleny koncentrace 0,5; 1,0; 2,0 a 4,0 hm. % vápenatých iontů ku pojivu. Zvolené sloučeniny byly oxid vápenatý (CaO), hydroxid vápenatý (Ca(OH)2), mravenčan vápenatý (CF), tetrahydrát dusičnanu vápenatého (CN) a chlorid vápenatý (CC). Z kalorimetrických měření vyplynulo, že optimální vodní součinitel ku pojivu byl 0,4. Z důvodu nižší zpracovatelnosti nebyly připraveny vysokohodnotné cementové kompozity, ale pouze pasty vysokohodnotného cementového kompozitu. Použitím izotermické kalorimetrie byl zhodnocen vliv přidávaných sloučenin na systém obsahující křemičitého úletu, kde měřitelnou reakci vykazovaly pouze vzorky obsahující CaO nebo Ca(OH)2. Následným použitím R3 testu byl zhodnocen vliv 4,0 % Ca2+ ve formách CF, CN a CC na systém obsahující křemičitý úlet a 1,0 % Ca2+ ve formě CaO nebo Ca(OH)2. Izotermická kalorimetrie byla použita i na vzorky past obsahující jako pojivový systém cement a křemičitý úlet, kde byly pozorován výrazný vliv na délku indukční periody, na hodnotu minima tepelného toku v indukční periodě a na hodnotu maxima tepelného toku v hlavním hydratačním píku, a to zejména u sloučenin CF, CN a CC. Pevnosti v tahu za ohybu a pevnost v tlaku vzorků past byly stanoveny po 1, 3, 7 a 28 dnech od počátku hydratace. Nejvyššího ovlivnění pevnosti v tahu za trojbodého ohybu bylo opět pozorováno u sloučenin CF, CN a CC, kdy vzorky dosáhly výrazně nižších hodnot než reference (nastalo pravděpodobně ovlivnění nedostatečným rozpuštěním sloučenin). U vzorků oxidu a hydroxidu vápenatého bylo pozorováno nižší ovlivnění pevností v tahu za ohybu. V případě pevností v tlaku došlo k výraznému navýšení u sloučenin CF, CN a CC při koncentracích 0,5 hm. % a 1,0 hm. % Ca2+. Ve výsledcích měření termické analýzy a difraktometrie byl pozorován trend úbytku portlanditu na úkor CSH gelu u vzorků obsahující 4,0 % Ca2+ ve sloučeninách CF, CN a CC. Přidanými sloučeninami tedy pravděpodobně došlo k ovlivnění kinetiky hydratace cementu natolik, že křemičitý úlet měl více času na pucolánovou reakci.

This work deals with the effect of cement hydration and pozzolanic reaction of a high-perfomrance cement composite containing Portland cement and silica fume as binder. Concentrations of 0,5; 1,0; 2,0 and 4,0 wt.% of calcium ions to the binder were chosen to observe the effect. The selected compounds were calcium oxide (CaO), calcium hydroxide (Ca(OH)2), calcium formate (CF), calcium nitrate tetrahydrate (CN) and calcium chloride (CC). Calorimetric measurements showed that the optimum water to binder ratio was 0.4. Due to the lower workability, no high-performance cement composites were prepared but only pastes of high-performance cement composite. The effect of the added compounds on the silica fume-containing system was evaluated by isothermal calorimetry, with only samples containing CaO or Ca(OH)2 showing a measurable response. The effect of the added compounds on the silica fume containing system was evaluated by isothermal calorimetry. Subsequently, the effect of 4,0 wt.% Ca2+ in the CF, CN and CC forms on the system containing silica fume and 1,0 wt.% Ca2+ in the CaO or Ca(OH)2 form was evaluated using the R3 test. Isothermal calorimetry was also applied to paste samples containing cement and silica fume as a binder system, where a significant effect on the length of the induction period, on the value of the minimum heat flux in the induction period and on the value of the maximum heat flux in the main hydration peak was observed, especially for the compounds CF, CN and CC. The flexural tensile and compressive strengths of the paste samples were determined at 1, 3, 7 and 28 days after the start of hydration. The highest influence on the three-point bending tensile strength was again observed for compounds CF, CN and CC, with samples reaching significantly lower values than the reference (this was probably due to insufficient dissolution of the compounds). A lower influence on the flexural tensile strengths was observed for the oxide and calcium hydroxide samples. In the case of compressive strengths, there was a significant increase for CF, CN and CC compounds at 0,5 wt.% and 1,0 wt.% Ca2+ concentrations. In the thermal analysis and diffractometry results, a trend of loss of portlandite at the expense of CSH gel was observed for samples containing 4,0 wt.% Ca2+ in compounds CF, CN and CC. Thus, the added compounds probably influenced the kinetics of cement hydration so much that the silica fume had more time for pozzolanic reaction.
Influencing the pozzolanic reaction of silica fume in a high-performance cementitious composite
Keywords: Vysokohodnotný beton (HPC); vysokohodnotný cementový kompozit (HPCC); pucolánová reakce; ovlivnění pucolánové reakce vápenatými ionty; portlandský cement; křemičitý úlet; vodní součinitel; ovlivnění hydratace cementu; izotermická kalorimetrie; R3 test; pevnost v tahu za trojbodého ohybu; pevnost v tlaku; termická analýza (TA); termogravimetrická analýza (TGA); difraktometrie (XRD); High Performance Concrete (HPC); High Performance Cement Composite (HPCC); pozzolanic reaction; effect of calcium ions on pozzolanic reaction; Portland cement; silica fume; water to binder ration; influencing of cement hydration; isothermal calorimetry; R3 test; tensile strength in three-point bending; compressive strength; thermal analysis (TA); thermogravimetric analysis (TGA); diffractometry (XRD)